单片机控制的大屏幕LED显示系统资料讲解

1、1 绪论LED用寿命长、环境适应能力强、价格性能比高、使用成本低等特点，在短短的十来年中，迅速成长为平板显示的主流产品，在信息显示领域得到了广泛的应用。1.1 LED显示屏的广泛应用信息化社会的到来，促进了现代信息显示技术的发展，形成了 CRT、LCD、PDPLEDELDLP等系列的信息显示产品，纵观各类显示产品，各有其所长和适宜的市场应用需求。随着LEDLED显示屏以突出的优包括：（1）证券交易、金融信息显示。这一领域的 LED显示屏占到了前几年国内LED显示屏需求量的 50%以上，目前仍有较大的需求。（2）机场航班动态信息显示。民航机场建设对住处显示的要求非常明确，LED显示屏是航班住处显

2、示系统 FIDS（Flight information Display system）的首选产品。（3）港口、车站旅客引导信息显示。以 LED显示民间为主体的信息系统和运枢纽的自动化系统，成为国内火车站和港口技术发展和改造的重要内容。（4）体育场馆信息显示。LED 显示屏作为比赛信息显示和比赛实况播放的的主要手段已取代了传统的灯光及 CRT赛设施。（5）道路交通信息显示。智能效通系统（ITS）的兴起，在城市效通、高速公路等领域，LED显示民间作为可变情报板、限速标志等，得到普遍采用。（6）调度指挥中心信息显示。电力调度、车辆动态跟踪、车辆调高度管理等，也在逐步采用高密度的 LED显示屏。（7）

3、邮政、电信、商场购物中心等服务领域的业务宣传及信息显示。（8）广告媒体新产品。除单一大型户内、户外显示屏做为广告媒体外，集群 LED LED显示屏广告发布系统等也已得到采用并正在推广。（9）演出和集会。大型显示屏越来越普遍的用于公共和政治目的的视频直播，如在我国建国 50周年大庆、世界各地的新千年庆典等重大节日中，大型显示屏在播放实况和广告信息发布方面发挥了卓越的作用。（10）展览会，LED显示大屏幕作为展览组织者提供的重要服务内容之一， LED有一些规模较大的制造商提供租赁服务 。21.2 LED电子显示屏产业状况与市场发展1.2.1 LED显示屏的产业状况 LED具有实力和影响的企业把 L

4、ED 显示屏作为经营战略发展的重要内容，涉足 LED WTO LED显示屏产业发展的契机，预计在近两年内，我国的 LED显示屏产业将会有较大的调整和发展。1998年低 LED显示屏专委会进行了一次不完全统计，根据统计结果，1998年度销售总额在 1000万元以上的企业有 20 6行业市场总额的 85%以上；全国从事LED显示屏的各企业有 100余家，从业人员近 6000 8 19961997年的增长速度均保持 40%左右，1998 30%左右。1998年成立的中国光学光电子待业协会光电器件分会 LED性和影响的 LED显示屏主要生产企业，成立之初有 55家成员单位，目前已发展到 67家，基本上

5、包括了全国 LED显示屏行业的主导企业。至2000年度，LED显示屏专业委员会成员单位的年产值已逾11亿元人民币，所度销售额超过了 10 199910%以上，其中个别企业的增长了近两倍，有几个企业增长了 50%以上，大部分企业稳中有升，也有少数是下滑的，估计，这个产值占全国同行业的 75%以上。从业人数近 9000人，其中专业技术人员4000多人，约占全员的45%，具有中高级技术职称的有 2400多人，约占全员的 28%。这些人员大部分从事技术开发，就整个行业来说，具有较强的开发能力 。3我国 LED 较先进的水平。90 年代初即具备了成熟的 16 级灰度 256 色视频控制技术及无线 LED

6、 显示屏、256 级灰度视频控制技术、出现；LED 显示屏控制专用大规模集成电路也已由国内企业开发生产并得到应用。目前国内主要 LED LED 300 150 的有 20 余家。而且由于国产 LED 显示屏的性价比比较高，市场占有率近 100%，国外同类产品基本没有市场。1.2.2 LED显示屏的市场发展从 93 LED PIDA 市场年增长率为 40% LED 显示民间产业近年来年迅速发展。据电子工业年鉴及一些专业杂志的统计，97 年 LED 管产量比 96年只增加了 7 LED 产值增加了 1389 LED 显示民间所用的 LED 绝大多数是进口的，尤其是绿灯和蓝灯）其中包括 LED 显示

7、屏产值部分。实际上，在 97 年增加的 13.89 亿产值中相当一部分是 LED 显示屏创造的产值， PIDA 估计的 99 年大陆 LED 显示屏 7.7 亿人民币产值是一个保守的数字。2002 年 LED 产量超过 150 亿只，产值超过 80 亿元；2003 年 LED 产值超过100 亿元，产量约200 亿只，其中超高亮度LED 有几十亿只。近几年LED 的发展速度超过 30%，其中超高亮度 LED 的发展速度超过 50%。5 年内全球 LED 市场将从 2004 年的 32 亿美元，增长至 2008 年的 56 亿美元。超高亮度 LED 市场 2001 年为 12 亿美元，2002

8、年市场约为 16 亿美元。国内 LED 行业也正处于高速发展阶段，目前来华投资 LED 的公司愈来愈多。2008 年可望达 8.44 LED 发展的重要关键.目前，标准及指示灯 LED 虽占了出货的大宗，但未来 HBLED 和 LED 将出现显著的营收，2006年之后高亮度LED尤其是超高亮度的LED（又称UHBLED销售增长幅度势必极为惊人。HBLED到 2008年的营收估计可达 26.4亿美元，而 UHBLED可望占全球 LED市场的 22%。预计在未来 5 年期间，汽车、信号灯及背光应用将占到市场销售量的60%， 超高亮 LED发展速度超 50%。31.3 LED显示屏的发展趋势1.3.

9、1 高亮度，全彩化蓝色及纯绿色 LED化条件。全彩色LED显示屏将是 LEDLED产品性能的提高，使全彩色显示屏的亮度、色彩、白平衡均达到比较理想的效果，完全可以满 LED显示屏在户外广告媒体中会越来越多地代替 LED屏更会成为主流产品。据不完全统计，世界上目前至少有 150家厂商生产全彩屏，其中产品齐全，规模较大的公司约有 30家左右，主要分布在美国、欧洲、亚洲（日本、中国台 1994、1995年开始生产全彩色显示屏，到 2001年底，全国范围内的全彩色 LED显示屏达到 300多块。全彩色 LED显示屏的广泛应用会是LED显示屏产业发展的一个新的增长点。1.3.2 标准化，规范化材料、技术

10、的成熟及市场价格的基本均衡之后，LED显示屏的标准化和规范化将成为 LED统产品条件下是以价格作为主要的竞争手段，几番价格回落调整达到基本均衡， LED显示屏的标准化和规范化有了较高要求，业内一些骨干企业已开始在企业实施 ISO9000 系列标准。1998年 1月原电子部发布实施LED显示屏通用规范电子行业标准，使LED显示屏产业标准化工工作开始走向规范。1998正式成立了 LED展光电器件与 LED 显示屏产品技术及检测标准交流协调等方面积极开展工作，1999 年在昆明召开了“LED 器件与应用研讨会”，并组织起草了LED 显示屏检 2000 年 8 LED 显示屏专业委员 LED 显示屏专

11、业委员正在就LED 显示屏产业在向健康有序的方向发展。行业规范和标准体序。1.3.3 产品结构多样化LED 显示民间的应用前景更为广阔。预计大型或超大型LED 小型 LED LED 显示屏产品门类和品量、小型化的标准系列 LED 显示屏在 LED 显示屏市场总量中将会占有多数份额。LED 显示屏产业正面临良好的市场机遇。随着LED 器件材料性能的不断提高，全彩色显示屏正在成为 LED 显示屏行业新的增长点；2008 年北京奥运会、2010 年上海世博会等大型活动的举办，为 LED 显示屏 LED 显示屏产业的发展开拓了更大的空间；户外广告LED 显示屏、体育用LED 显示屏、交通用户外LED显

12、示屏和演出 LED 彩幕屏、展览用LED 显示屏、租赁用LED 显示屏、集会用LED显示屏等领域的市场显著增加。1.4 课题研究的意义从 LED LED 显示屏无论大型还是小型，其最小系统的三大组成部分()不能改变，而对于三部分中占投资比重较大的计算机实际利用率并不高，仅在内容更新时才与LED 显示屏相连接，如果能将计算机去掉或多台LED 显示屏共用一台计算机，则 LED 常重要的市场价值。此次毕业设计的课题，一方面是熟悉 LED显示原理,另一方面是在实际操作过程中培养各方面的能力，对单片机应用有一个更深入地理解。1.5 课题主要的研究内容主要对传统的文字型的 LED 显示屏进行研究，了解其工

13、作原理以及运行管 LED显示屏控制器的硬件连接方式。通 LED LED LED显示屏的驱 USB通讯方式，完成信息的传输，并且在控制系统中实现信息实时更新的功能。2 LED显示屏基础理论现在一般把显示图形或文字的 LED LED 图文显示 LED 本系统设计正是基于 LED LED 显示屏的文字方面的显示及设备驱动 。LED异步显示屏可以用图文、静止的或连续的图像，图文显示时只控制 LED点阵中各发光器件的通断(发光和熄灭) LED不仅控制 LED LED图像的更新速度必须满足运动连续和无闪烁的要求。 8*8 LED发光器件驱动器一列的列线连到电源的另一端，当行驱动选中第 i 行，列驱动选中第

14、 j LED器件根据列驱动器的要求进行显示控制电路负责有序的选通各上的器件就可以根据列数据进行显示。上下位机之间的数据传输可采用 USB 接或微处理器实现对显示屏的控制 。42.1 LED显示屏器件 LED 显示屏得以广泛应变化;而通断频率增高时，视觉就逐渐不能发现相应的亮度变化了，刷新频率越也越高。视觉惰性可以说是 LED LED 显示屏中可以利驱动方式的优点在 LED 个发光灯为一组共用一个驱动电路，通过扫描的方法，使各组发光灯依次点亮， LED 显不屏效益是十分可观的 。62.2 LED显示屏的设计任务设计一个室内用16*128点阵 LED LED显示屏各点亮度均匀，充足，可显示图形和文

15、字，显示图形或文字稳定、清晰无串扰。图形或文字显示有静止和移入移出等显示方式，并且可以以 USB 接口来系统的单色 LED显示屏的控制电路、驱动电路的设计方法，并针对一个16*128屏的显示特点，对其软件实现的算法给出了具体的分析。2.3 显示屏工作原理2.3.1 数学模型对于点阵型 LED电路如图 2-1 0的发光二极进行逐次扫描，就可以逐行点亮点阵。只要扫描速度大于 24Hz，由于扫描时间很快，人眼的视觉有暂留效应，就可以看到显示的是完整的图形或文字。列列列列4123行行行行 0LEDLEDLEDD 1LED 2DLEDLED 4DLEDLED 6DLEDLED图例如，若要图中所示 16个

16、 LED显示一个“口”字的方框，则首先在列 1别加上如表 2-1所示数据：表行1行2行3行40000011001100000这样，当第一行选通时列信号为 0000；第二行选通时列信号为 0110；第三行选通时列信号为 0110；第四行选通时列信号为 0000；再选通第一行送列信号0000如此循环下去，当刷新频率足够高时（大于24Hz留特性，便可观察到稳定的方框。2.4 LED显示器的驱动当向 LED 器件施加正向电压时，流过器件的正向电流使其发光。因此 LED的驱动就是如何使已的 PN 结处于正向偏置，而且为了控制它的发光强度，还要驱动等。2.4.1 直流驱动直流驱动是最简单的驱动方法。LED

17、 的工作点由电源电压 VCC,串联电阻 R和 LED LED 恒定的情况。例如公交车用于固定显示”XX 路”字样的显示器。2.4.2 恒流驱动由于 LED 若对 LED 输出特性具有恒流特性，所以可以用晶体管驱动 LED，如图 2-2 所示。2.4.3 脉冲驱动 LED 动的主要目的是节约驱动器，简化电路。如N 行 LED 共用一列数据，称其为1/N扫描方式，N 常取 4.8.16.32 N 为 16,室外屏应用时，N 一般为4 驱动方式的电路图如图 2-2 所示：7动。图 3 LED显示屏系统方案分析3.1方案一静态显示对 LED 电子显示屏中每一像素点都通过硬件单独控制，整个 LED电子显

18、示屏的显示实际上就是所有 LED 制电路统一控制，结构如图 3-1 所示：单片机控制电路图3.2 方案二采用动态扫描法串行输出数据。以 CPLD构造的高速扫描电路为系统核心，显示数据的提取，并行转换为串行输出和扫描信号的产生为高速 CPLD扫描电路控制 ，把原本同 CPU软件实现用硬件完成，结构如图 3-2所示。11图 3.3 方案对比方案一的优点在于编程简单且对 LED LED串行动态扫描的方法。软件较复杂。此外，系统硬件实现较为复杂，开销较大。方案二中高速的 CPLD扫描模块电路实现了由实现的部分操作，使 CPU操作大大简化。CPLD 的高频率工作特性，使它能高速地完成数据提取，并串转换和

19、移位输出 ，还可以很好地实现扫描同步输出，但是由于时间和水平的有限，未能采取这个方案 。103.4 本课题方案论证 LED电子显示屏四部分功能模块个点所在位置相对应的 LED时控制各个发光点亮灭的方法称为静态驱动显示方式。16*128的点阵共有 2048个发光二极管，显然单片机没有这么多端口，如果我们采用锁存器来扩展端口，按 8位的锁存器来计算，16*128的点阵需要 256个锁存器。这个数字很庞大，而且成本很昂贵，我们仅仅是 16*128的 8个汉字点阵，在实际应用中的显示屏用中的显示屏几乎都不采用这种设计，而采用另一种称为动态扫描的显示方法。多行(比如 8行)的同名列共用一套列驱动器。具体

20、就 16*128的点阵来说，把所有同一列的发光管的阴极连在一起，再去驱动这一列 LED (共阳接法)，每一列先送出对应第11行使其点亮一定的时间， 2 2后熄灭第 8 1快(每秒 24次以上)，由于人眼的视觉暂留现象，就能看到显示屏上稳定的图形了 。6 8位一个字节的形式顺16*128的LED点阵有8列8*8 8*8=64 C8051F020只有 64个 I/O此可以得出，当列数很多时，并行传输的方案是不可取的。采用串行传输的方法，控制电路可以只用2根线：数据线、时钟线。将行数以分解成列数据准备(传输)了，以致影响到 LED 的亮度。功能；对数据显示来说，应具有并行锁存的功能。这样，本行已准备

21、好的数据打影响本行的显示。同时为了LED 显示的亮度，采用8 行扫描，每个汉字上面有2个 16 列驱动器驱动，列驱动器的位置应该是在第 1 行跟第 9 行，即每个 16*16的汉字点阵是有 4 个 8*8 1 行跟第 9 行，第二次扫描的时候显示第 2 行跟第 10 行，以此类推，最后显示第 8 行跟第 16 行，如图 3-3 所示：第1 第2 第3 第4 第5 第6 第7 第8 第9 第 第 第 第 第 第 第 图 综合上述可以看出整个点阵显示的实现电路结构应该如图 3-3 所示：在实际应用中的大屏幕 LED 个模块一般是有 16*16 LED 是分开的，C8051F020 单片机有足够的

22、RAM 空间来存放这些字膜数据，之后不需要电脑控制即可自己循环控制显示。而且一个控制模块控制一个至几个 16*128 的点阵模块。显示屏电路框图如图 3-4 所示。0图 4 系统硬件设计计的功能要求，其总体框图如图 4-1 所示：路四部分功能模块。(1)的规律将数据存放到显存 RAM 中，对汉字的显示效果进行实时控制。(2)硬件扫描模块的功能是：对 RAM 进行访问，将列数据传送给 LED号同步。这样子才能达到用硬件的方式显示汉字的效果。(3)因为从 RAM 和列行描器出来的数据不能直接驱动 LED 其进行处理，使其电流能够驱动LED，所以驱动电路的功能是保证LED 有足够的亮度，才能达到所设

23、计的显示效果。(4)其进行处理。图 位机接收数据后将其存放在显存 RAM 位机的软件来实现，下位机只负责接收上位机的数据并将其存放在显存 RAM 中。因为显示汉字是最基本的，列出以下几种最基本的显示效果及硬件的实现方法：(1) 静态显示：行扫描器的初值为零，RAM缓存区的初值恒定为某一个值；改变这个初值就可以改变静态显示的内容。(2) T单片机就给 RAM缓存赋一个初值，而且这个初值是递增变化的，改变时间 T就可以改变左移速度。(3) 循环左移：是左移的一种特殊形式，只要 RAM的头 256个字节和最后256 256个字节进行左移的赋值规律即可达到循环左移的效果。4.1电源电路本设计采用的是电

24、脑开关电源，它的主控芯片是 TL494。TL494是一种固定激双管式、半桥式、全桥式开关电源。TL494的管脚以及内部电路框图如图 4-2所示。其引脚功能如下：图TL494 内部原理图如图 4-3所示，1、2，16、15 脚分别为 2 个误差比较放大器的同相输入端和反相输入端。3 脚为控制比较放大器和误差比较放大器的公 3 脚的电平变高时，TL494送出的驱动脉冲宽度变窄，当3 脚电4 脚为死区电平控制端，从4 脚加入死区控制电压 180 电路中的三极管。5、6 脚分别用于外接振荡电阻和电容。7 脚为接地端。8、9脚和 12 脚分别为 TL494内容末级两个输出三极管的集电极和发射极。12 脚

25、为电源供电端。13 脚为功能控制端。14 脚为内部 5V 基准电压输出端。我们的设计使用电脑开关电源提供的 12V，5V，3.3V 3路电压。图4.2单片机最小系统C8051F020用的是 PDIUSBD12，负责跟上位机进行通信。4.2.1 C8051f020介绍C8051F020采用100脚TQFP封装,是一个全集成混合信号在片系SOC(SystemOn Chip)单片机。实际上, SOC是随着半导体生产技术的不断发展而产生的新概念。他是集成度越来越高和对嵌入式控制技术可靠性越来越高的产物。C8051F020单片机内集成了2个多通道ADC子系统(每个子系统包括1个可编程增益放大器和 1个模

26、拟多路选择器)、2个电压输出 DAC、2个电压比较器、电压基准、SMBus/I2C总线接口、UARTSPI总线接口、5个通用的 16位定时器、1个具有 5个捕捉/比较模块的可编程计数器/定时器阵列(PCA)、内部振荡器、8个 8位通用数字 I/O端口、64kBFlash程序存储器和 4352B数据 RAM,同时还具有片内电源监测、片内看门狗定时器时钟源,因而是一种功能比较齐全的高速、高性能单片机。C8051F020单片机具有 100个引脚,其主要特点如下:(1)采用流水线结构，废除了机器周期的概念，指令以时钟周期为运行单位，由标准的 12个系统时钟周期降低到 1个系统时钟周期，处理能力大大提高

27、，一般型号的峰值速度可达 25MIPS, 80C51系列单片机提高了 10 倍。70%指令的执行时间为一个或两个系统时钟周期，只有 4条指令的执行时间大于4个系统时钟周期。(2)大容量的Flash程序存储器(64kB)和内部数据存储器 RAM(4352B);(3)具有较高精度和速度的 2个多通道 ADC(最大速度可达 100kb/s)和 2路 12位 DAC;(4)工作温度范围较大,为-45+85;(5)功耗低,供电电压为2.73.3V,典型工作电流为12mA,并具有多种节电休眠和停机模式,全部 I/O,RST,JTAG引脚均允许 5V电压输入;(6)片内 JTAG仿真电路可提供全速、非插入式

28、的电路内仿真。C8051F020单片机采用 Cygnal公司的专利 CIP51微处理器内核。CIP 51在提升 8051速度上采取了新的途径,即设法在保持 CISC结构及指令系统不变的情况下,对指令运行实行流水作业。在这种模式中,废除了机器周期的概念,指令以时钟周期为运行单位。平均每个时钟可以执行完 1条单周期指令,从而大大提高了指令运行速度。即与 8051 相比,在相同时钟下单周期指令运行速度为原来的12倍;整个指令集平均运行速度为原来 8051的 9.5倍,使 8051兼容机系列进入了 8位高速单片机行列。同时, C8051F020单片机扩展了中断处理,增加了中断源,可提供22个中断源,这

29、对实时多任务系统的实现是很重要的;另外C8051F020单片机还具有内部时钟,但若需要也可接外部时钟。该芯片在程序运行时可实现,这在低功耗应用系统中非常实用;同时 C8051F020还在内部增加了复位源,从而大大提高了系统的可靠性。C8051F020中包含有数据存储器和程序存储器。C8051F020单片机的 CIP 51具有标准 8051的程序数据地址结构,他包含有 4 352 B的 RAM以及 64 k的扩展数据 RAM。C8051F020单片机内部带有 64 kB Flash存储器,该存储器可按 128 B为一个扇区来编程,同时也可以在线编程,而不需要程序代码的未用扇区可作为非易失性数据存

30、储器使用。,这在大屏幕 LED显示系统中已能满足程序存储和数据存储的需要。由于外部无需另外加扩展且便于编程,因而提高了系统的运行效率 。134.2.2 USBPDIUSBD12介绍一、PDIUSBD12简介PDIUSBD12是一款性价比很高的USB微控制器进行通信的高速通用并行接口。它还支持本地的DMA传输。PDIUSBD12完全符合USB1.1版的规范。它还符合大多数器件的分类规格：成PDIUSBD12理想地适用于许多外设，例如：打印机，扫描仪，外部的存储设备（ZipSCSI的系统可以立即降低成本。PDIUSBD12所具有的低挂起功耗连同Lazy Clock输出可以满足使用ACPI, OnN

31、OW和USB电源管理的要求低的操作功耗可应用于使用总线供电的外设。此外它还集成了许多特性包括SoftConnet GoodLink TMTM晶振和终止寄存器集合。二、PDIUSBD12的特性1.符合通用串行总线USB 1.1版规范2.高性能USB 接口器件集成了SIE FIFO存储器收发器以及电压调整器3.符合大多数器件的分类规格4.可与任何外部微控制器/微处理实现高速并行接口2M字节/秒5.完全自治的直接内存存取DMA操作6.集成320 字节多结构FIFO存储器7.主端点的双缓冲配置增加了数据吞吐量并轻松实现实时数据传输8.在批量模式和同步模式下均可实现1M字节/秒的数据传输速率9.具有良好

32、EMI 特性的总线供电能力10.在挂起时可控制LazyClock输出11.可通过软件控制与USB的连接12.采用GoodLink技术的连接指示器,在通讯时使LED闪烁13.可编程的时钟频率输出14.符合ACPI OnNOW和USB电源管理的要求15.内部上电复位和低电压复位电路16.具有高错误恢复率(99%)的全扫描设计确保了高品质17.双电源操作3.3 0.3V或扩展的5V电源,范围为3.65.5V18.多中断模式实现批量和同步传输三、PDIUSBD12芯片功能框图及其说明芯片内部结构框图如图4-4所示。 1、模拟收发器集成的收发器接口可通过终端电阻直接与USB电缆相连。2、电压调整器片内集

33、成了一个3.3V接到外部1.5k 的上拉电阻。可选择PDIUSBD12提供的带1.5k 内部上拉电阻的软件连接技术。3、PLL片内集成了6M到48M时钟乘法PLL。这样就可使用低成本的6M晶振。EMI也随之降低。PLL的工作不需要外部元件。4、位时钟恢复位时钟恢复电路使用4X过采样规则，从进入的USB数据流中恢复时钟。它能跟踪USB规定范围内的抖动和频漂。5、Philips串行接口引擎 PSIEPhilips SIE实现了全部的USB协议层。完全由硬件实现而不需要固件的参与。该模块的功能包括：同步模式的识别，并行/串行转换，位填充/解除填充，CRC校验/产生，PID校验/产生，地址识别和握手评

34、估/产生。6、SoftConnectTM与USB的连接是通过1.5k 上拉电阻将D+（用于高速USB1.5k 上拉电阻集成在PDIUSBD12VCC过外部/USB建立连接之前完成初始化时序。USB总线连接可以重新初始化而不需要拔出电缆。PDIUSBD12在连接可以建立之前会检测VBUS是否可用。VBUS可通过EOT_N管脚进行检测。7、GoodLinkTMGoodLink 技术可提供良好的USB连接指示。在枚举中，LED指示根据通信的TMPDIUSBD12成功地枚举和配置后，LEDPDIUSBD12之间成功的传输（带应答）将关闭LED，处于挂起状态时，LED将会关USBUSB本。8、存储器管理

35、单元MMU和集成RAM在以12M/s的速率传输并与微控制器并口相连时，MMU和集成RAM作为USB之间速度差异的缓冲区。这就允许微控制器以它自己的速率对USB信息包进行读写。9、并行和DMA接口PDIUSBD12看起来就像一个带8位数据总线和一个地2PDIUSBD12支持多路复用和非复用的地址和数RAM之间直接读取的DMA发模式的DMA传输。四、PDIUSBD12引脚极其功能芯片引脚如图4.5所示，表4-1定义了芯片的引脚。 P1234567890123地4567IIIII 1OP/144.2.3 PDIUSBD12 与单片机的连接设计D12与 51单片机的连接非常简单，可以参照图 4.6。图

36、中，ALE接为低电平表示一个独立的地址和数据总线配置PDIUSBD12的A0脚与F020的任意一个I/O口相连。该端口控制PDIUSBD12C51的多位地址和数据总线可直接与 PDIUSBD12的数据总线相连。D12可以选择5V和3.3V5VVout3.3输出引脚接10 F和0.1 F的去耦电容，Vcc接5V3.3VVcc和Vout3.3两脚都接3.3V5V电源供电。D12与单片机连接时可以给它加接6M的石英晶体，单片机的外部时钟则由D12的CLKOUT引脚提供，时钟输出的频率为12M。图4-6是D12器件和它的外围电路原理图，D12的D0D7引脚接系统数据总线，A0接数据线A0A5D12的数

37、据口地址就可以定为10h地址口地址定为11h（由于A5不参与其它芯片的地址译码，所以这样的地址分配不会引起冲突）。 4.3行扫描驱动电路4.3.1 电路设计每个汉字需要 4 个 8*8 的 LED 8 2 行必须都有 1 个 74HC595 接到 LED 16*16 要 4 个 74HC595 8 8*4=32个 74HC595 来实现 8 行扫描显示。设计好的列驱动电路的部分如下图 4-7 所示：我们前面的列驱动电路里面只是用了单片机的串口跟 P1 P0 以及P2 口可以直接接到 8 个 LED 防止直接驱动损坏单片机以及隔离外界干扰信号，使用了 74LS138 这个 38 译码器作为行选芯

38、片 。9+3.3+9 1 2 3 4 5 6 7 8 9IU3A 12IRF1IRF2IRF3IRF4IRF1IRF540hang1ABC4hang256IRF3IRF540hang38IRF5IRF540hang5SN7406U4F18161412hang62IRF797532Y12Y22Y32Y4IRF7IRF540hang7SN7406U4B4IRF874LS244IRF8IRF540hang8图 4.3.2 38 译码器74LS13874LS138 译码器的引脚图，逻辑图及真值表如下图4-8、图 4-9 所示：图图 3由上看以看出，只要在信号输入端 A，B，C输入特定组合的 1、0的组

39、合序列，就可以在输出端轮只有一个流输出低电压0，这样我们就可以有选择的控制行电路 。194.3.3 六路高电压输出反相器SN7406由于我们的 74LS138 IRF540N时必须在 G端接比 D端高 3V SN7406这个六路高电压输出反相器，图 4.10是它的外部管脚图，图 4.11 SN7406则是它一路输入输出的内部原理图：图图当输入端 A输入低电压时，在对应的输出端 Y就会输出高电压 。174.3.4 大电流MOSFET管 IRF540IRF540是一个28A100V的N沟道的MOSFET管，Rds(on)=0.077Vgd=100V，它的原理图如下图 4-12所示，当GDS之间就导

40、通，电流从D端流向 S 128列的 LED LED器件 20mA电流计算，128个 LED 2560mA即 2.5A IRF540作为驱动管，它的最大工作电流可达 28A，所以不需要加散热既可稳定工作 。17图4.3.5 8 位数据缓冲器74LS244 74LS244时候 74HC595致 74LS138使能端 E变低， 74LS138就是会有输出信号的（通过它的真值表可以看到全0全1SN7406就输出高电位，IRF540求了。74LS2444-13所示 ：19图4.4列驱动电路4.4.1 总体规划及实现电路每个汉字需要 4个 8*8的 LED点阵，要想实现 8行扫描驱动，上下 2行必须都有

41、1个 74HC595接到 LED 16*16要 4个 74HC595 88个的扩展，一次加 8个汉字，所以需要 8*4=32个 74HC595来实现 8行扫描显示。设计好的列驱动电路的部分如下图 4-14所示：图 4-14 列驱动部分电路图4.4.2 串入并出移位寄存器74HC595列驱动电路由集成电路 74HC595 8位串入并出的移位寄存器和一个 8位输出锁存器，而且移位寄存器和输出锁存器的控制是各自独立的，目的。图 4.15 74HC595外形及内部逻辑结构图74HC595的外形及内部结构如图 4-15所示。它的输入端有 8个串行移位寄存器，每个移位寄存器的输出都连接一个输出锁存器。引脚

42、 SI是串行数据的输入端。引脚 SCK是移位寄存器的移位时钟脉冲，在其上升沿发生移位，并将 SIRCK是输出锁存器的打入信号，其上升沿将移位寄存 G锁存器的输出才开放，否则输出端为高阻状态。SCLR 信号是移位寄存器的清 0输入端，当其为低时移位寄存器的输出全部为0。由于SCK和 RCK两个信号是互相独立的，所以能够做到输入串行移位与输出锁存互不干扰。芯片的输出端为QAQH，最高位 QH可作为多片 74HC595级联应用时向上一级的级联输出。但因QH QH器完全同步的级联输出。图 由 74HC595在 4.5V25 21MHz以上的时钟频率，而我们采用的 F020 的时钟频率只有 24MHz，

43、串口方式 0 的时钟频率只有fosc/12=2MHz 74HC595 74HC595输出高电平时每个管脚的驱动电流只有 20mA，而每个 LED发光管的驱动电流也是 20mA，要是 8个发光管同时轮流点亮的时候瞬间电流必定大于 20mA，所以我们采用是采用吸收电流的方式直驱 LED发光管 。15 系统软件设计显示屏软件的主要功能是向显示屏提供显示数据，并产生各种控制信号，使 LED (初始化)主程序通过调用子程序来实现。5.1显示驱动程序设计 74HC595 的锁图 5-1 为显示驱动程序(显示屏扫描函数)流程图。区NY 图 5.2系统主程序设计单片机在 LED I/O 口的定义和初始化、串行

44、口的定义和设置、擦写程序的初始化设 LED 点阵汉字显示屏从上电开始显示的是默认内容，然后根据从 PC 机发过来的数据进行相应显示，其程序流程如图 5.2所示。图 图 5.3部分原程序设部分源程序见附录 15.4 USB固件程序的结构1固件结构概述本系统的核心为 C8051F020 单片机，所以固件程序的编写都是以 51 单片机断子程序。主程序完成的工作是上电初始化PDIUSBD12、给全局变量置初值、初 D12只包括由 D12触发的 INT0外部中断，电平方式触发，单片机的其它中断都是被禁止的。单片机初始化的最后一步将 D12的 SoftConnect功能打开，从这时起，主机才能检测到设备的

45、接入。初始化完成之后，主循环实际上不再参与 USB通信， PDIUSBD12接口芯片检测到USB理子程序要做的工作就是首先D12D12收到了什么样的封包，收清除中断标志，以使 D12能够触发下一次中断。设备固件程序结构图如图 5-4所示。图 2USB电气接口驱动（D12.C）USB电气接口驱动（D12.C）实现的功能是与 PDIUSBD12接口芯片之间的通 4个函数：d12comm()d12read()d12write()和 d12delayd12comm( )函数的原型为 void d12comm(unsigned char comm.),实现的功能是向 D12接口芯片的命令口写一个字节的命

46、令字。D12芯片的命令端口地址在本系统中为 0 x11，定义为 unsignedpdataD12_COMM_at_0 x11，在 D12.H头文件中有定义。该端口为只读。d12read()函数的原型为 chard12read(void),实现的功能是从 D12接口芯片的数据口读一个字节的数据字。D12芯片的数据端口地址在本系统中为 0 x10，定义为 unsigned char volatile D12_DATA_AT_0X10,在 D12.H中定义。d12write( 函数的原型为 void d12write(unsigned char dat)，实现的功能是向 D12接口芯片的数据口写一个

47、字节的数据字。（）函数的原型为voidd12delay(void),它的功能是在两次对 D12芯片的操作间加入一定的延时，这个函数只能在上面3D12芯片要求在写命令端口的操作与读数据端口或写端口的操作之间至少 600ns 以上的延时，否则芯片工作结果不正确。一般将这个延时控制在 10ms左右。3主程序MAIN.C现基本 USB D12进行初始化。D12一共有 4条初始化的指令：设置地址/使能（setaddress/enable置端点/setendpoint/enablesetmode）以及设置DMA(setDMA)。说明：上电后默认地址为0，暂时不需要改动，一般在收到设定地址的要求SoftCo

48、nnect为断开状态，即这时主机检测不到设备的接入，需软件设置 SoftConnect为连接状态后主机才能检测到设备接入；初始时钟输出为 4MHz，本系统要求的系统时钟为 12 M Hz或 24 M Hz；而设置 DMA（set DMA）指令只要在设备内部的 D12和存储器间使用 DMAsetmode D12的 C51语句：d12comm(0 xf3);d12write(0 x16);d12write(0 x43);d12comm(0 xf3)表示向D12的命令端口写字节0 xf3（即 setmode接着通过 d12write（）函数向 D12的数据端口写 2个字节的数据 0 x16和 0 x

49、43，分别表示使SoftConnect状态变为连接以及更改D12对单片机的时钟输出为12MHz。4中断处理程序本系统的中断处理程序（ISR.C）流程如图 5-5所示。程序在进入中断处理函数入口后，先要读D12的中断状态寄存器（指令F4 1个状态字返回值的定义见表 5-1 0总 线重 置包器图 表 位70201000说 明 挂起状 端点 2 端点 2 端点 1 端点 1 0的输出和输入要求就可以完成设备的正常配置和基本工作。在图5-5中，SOF包和总线重置的处理程序都是自定 USB的数据传输都是由 D12 1和 2的输出/在对端点 01和 2的输出/上次传输状态寄存器（4045 D12所以，中断

50、处理程序的功能就是从端点（控制端点）输出得到主机的各项 USB USB接口 D12的端点 0处理程序的功能就是协调在 USB电气接口与 USB通信协议之间的数据传输。5. USB通信协议实现USB 通信协议实现（USB.C）的功能就是响应主机提出的设备要求。响应函数对设备要求 bmRequest域和 Request存放存储区的所有描述符中找到合适的描述符；再把这个描述符返回给主机 。105.5 驱动程序的设计与实现在设备硬件和单片机固件都开发调试通过之后，主机就能够正确识别设备 USB中占很大的分量也是本系统设计的难点之一。 USB 主机系统软件开发分为两部程序与系统 USBI（USB Dev

51、ice Interface）进行通信，其主要任务是根据所需处理功能的要求来完成各种基于 Windows程序的处理 。105.6 PC机方的程序设计 LED位机系统实现对显示屏的远程控制，随时可以更新显示内容。系统用 VC编写上位机文字编辑和发送软件。5.6.1 VC开发工具及 C+概述Visual C+(以下简称 VC)是在 Windows 95和 Windows NT上建立的 32位应用程序的强大、复杂的工具。与 16位 Windows应用程序或者不使用图形界面的老程序相比，这些应用程序要大得多，而且更加复杂。然而，随着程序的规模和复杂性的增加，程序员所做的工作实际上减少了。VC借助于其生成

52、代码的向导，它能在数秒内生成可运行的 Windows应用程序的外壳。VC附带的类库，即 Microsoft Foundation Classes(MFC),已成为许多 C+编译器进行 Windows框的布局非常简单。VC 开发工具兼容很多内容，C/C+，HTML 网页，数据库等，对其主要语言C+是 20世纪 80 AT&T贝尔实验室的 BjarneStroustrup在 C语言的基础上推出了 C+程序设计语言。由于 C+提出了把数据和在数据之上的操作封装在一起的类、对象和方法的机制，并通过派生、继承、重载和多态性等特征，件的构造和维护变得更加有效和容易，并使软件开发能更自然地反映事物的本质，从

53、而大大提高了软件的开发效率和质量 。205.6.2 软件实现的功能介绍及操作过程（1）软件功能设计本软件主要有以下三大功能，功能介绍如下： 编辑发送功能：通过 MFC提供的编辑控件及发送按钮，将用户输入的信息经过数据类型转换，再经串口 1发送出去。 接受功能：通过编辑控件接受由下位机发送过来的数据，通过数据转换为 CString类型，显示在接受框内。 控制显示功能：添加 3用来控制 LED显示内容。点击“静态”按钮，则输入信息自动加字符“0“左移”按钮，则输入信息自动加字符“1动加字符“20”则实现静态显示，为“1”则实现左移显示，为“2”则实现右移显示。（2）软件操作过程本软件使用 VC设计

54、，操作过程如下： 单击发送按钮，发送信息。 6 总结与展望6.1工作总结本文通过设计单片机控制单色 LED LED 显示模块单元如何连接的方法，软件的设计流程以及部分代码，并在附录 1 给出了完整的电路图。 74HC595 实现了串 74LS244 则是防止外界的干扰会对显示38线译码器74LS138驱动SN7406加IRF540 大电流低电阻的N沟道场效应管，因为如果用单片机直接连接 LED 这个译码器，可以节省引脚，并且方便做大屏幕的时候扩展。 LED 点阵显示法调整，得到跟LED 点阵相对应的数据，并将这些数据以及控制信号传送到LED点阵屏，来实现分屏扫描显示以及左移扫描显示的效果。整个

55、设计的功耗计算：LED 需要的电压是 3.3V 8 个汉字的时候的平均电流是 1.85A；各芯片需要电压为 5V，工作的时候平均电流 0.5A；还有 IRF540 的驱动电压 12V，工作电流 0.02A；即：P=3.3V*1.85A+5V*0.5A+12V*0.02A=8.854W。6.2工作展望1USB接口插上U盘实来时显示数据将是一种理想的方法。2、如何实现控制彩色 LED 点阵的扫描控制电路还有待于进一步研究。3、LED 点阵显示屏的制造工艺还有待于进一步提高。4、只能显示文字、图形或静止图像的中低档 LED 显示屏，已经远远满足不参考文献：, 王 天 义 .视 频 显 示 屏 系 统

56、 的 现 状 与 发 展 趋 势 中 国 仪 器 仪 表 , 陈 苗 海 .中 国 及 其 显 示 屏 产 业 市 场 发 展 动 向 世 界 电 子 元 器,堵 国 梁 ,史 小 军 ,朱 为 显 示 屏 恒 流 驱 动 电 路 的 设 计 电 子 器 .用期 4期.C 1附 录 一部分下位机源程序：/*以下是 16x128点阵 LED电子显示屏的源程序，采用C语言编写，在KeilVisionV2.38a（C51.Exe V7.06）以及 MedWin3.0版环境下均测试通过。*/#include unsigned int zimo,xx=0; /zimo是字模计数器，xx为分屏显示的时候的

57、字数。unsigned char yid,h;unsigned char code hanzi;unsigned char BUFF18,BUFF218; /左移显示的缓存/yid为移动计数器，h为行段计数器/汉字字模void qing(void);void fen(void);void xianshi(void);void zuo(void);/调整数据void in_data(void);void rxd_data(void);void out_rxd(unsigned char *d);/左移发送数据/分屏、上移发送数据char code sw=0 x01,0 x02,0 x03,0 x

58、04,0 x05,0 x06,0 x07,0 x00; /*8行段码*/*主程序*/void main(void) unsigned char ee;SCON=0;P1=0;yid=0;zimo=0;while(1) fen();/分屏显示for(ee=30;ee0;ee-)/清屏幕 3秒qing();zuo();/左移显示for(ee=30;ee0;ee-)qing();/*清屏幕*/void qing (void) unsigned char zz,xx=0 x0ff;for (zz=33;zz0;zz-)out_rxd(&xx);P1=0 xff; P1=0;P3=0;/锁存为高，74H

59、C595锁存信号/清 74LS138的使能端/*分屏显示*/void fen(void) doxianshi();while(xx+0;kk-)for(ii=1;ii16;ii+=2)for (jj=0;jj8;jj+)/每屏显示 500次/每个汉字分 8行扫描/每次要发送8个汉字的2个字节,发送8次 aa=(xx*8+jj)*32+ii;out_rxd(&hanziaa); /从串口输出第1个字的第1字节。out_rxd(&hanziaa-1); /从串口输出第 1 个字的第 1字节。for (jj=0;jj8;jj+) /每次要发送8个汉字的2个字节,发送8次 aa=(xx*8+jj)*3

60、2+ii;out_rxd(&hanziaa+16); /从串口输出第 1个字的第 17字节。字节out_rxd(&hanziaa+15); /从串口输出第 1个字的第 18P3=0 x0ff;P1=0 xff; P1=0;P3=swh;h+;/锁存为高，74HC595锁存信号/输出行信号/行加一if(h=8)h=0;/*左移显示*/void zuo(void) unsigned char i,d=5; /d为移动的时候一个汉字的扫描显示次数xianshi();while(zimo=1450)while(yid16)/调用单屏显示/数据移位。/移动速度for(i=0;id;i+)for(h=0;